JPH11149038A - 屈折率分布レンズを用いた光学系 - Google Patents
屈折率分布レンズを用いた光学系Info
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- JPH11149038A JPH11149038A JP10203244A JP20324498A JPH11149038A JP H11149038 A JPH11149038 A JP H11149038A JP 10203244 A JP10203244 A JP 10203244A JP 20324498 A JP20324498 A JP 20324498A JP H11149038 A JPH11149038 A JP H11149038A
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- G—PHYSICS
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 収差が増大することなくＮＡを大きくでき、
且つ小形化できる、光ディスクシステムの光ヘッドなど
に好適なレンズ光学系を提供する。 【解決手段】 半径方向に屈折率分布を有する単一の屈
折率分布レンズ１と均一な屈折率を有する単一の均質平
凸レンズ２との組み合わせからなる。屈折率分布レンズ
は、そのレンズ面が平面もしくは凸球面であり、均質平
凸レンズは、その凸面が球面であって、屈折率分布レン
ズに対向し、その光軸が屈折率分布レンズの光軸と一直
線となるように配置されている。この光学系は、典型的
には、屈折率分布レンズを物体側に配置し、均質平凸レ
ンズの平面が像側となるように配置することで、対物レ
ンズとして用いられる。
且つ小形化できる、光ディスクシステムの光ヘッドなど
に好適なレンズ光学系を提供する。 【解決手段】 半径方向に屈折率分布を有する単一の屈
折率分布レンズ１と均一な屈折率を有する単一の均質平
凸レンズ２との組み合わせからなる。屈折率分布レンズ
は、そのレンズ面が平面もしくは凸球面であり、均質平
凸レンズは、その凸面が球面であって、屈折率分布レン
ズに対向し、その光軸が屈折率分布レンズの光軸と一直
線となるように配置されている。この光学系は、典型的
には、屈折率分布レンズを物体側に配置し、均質平凸レ
ンズの平面が像側となるように配置することで、対物レ
ンズとして用いられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、単一の屈折率分布
レンズと単一の均質平凸レンズの組み合わせからなる光
学系に関し、更に詳しく述べると、均質平凸レンズの凸
球面が屈折率分布レンズの一方のレンズ面に当接もしく
は僅かな間隔で向き合うように組み合わせることによ
り、ＮＡ（開口数）を大きくできる光学系に関するもの
である。この光学系は、例えば光ディスク等に記録され
た情報の読み取り、書き込み等に用いる光ヘッドの対物
レンズなどに有用である。
レンズと単一の均質平凸レンズの組み合わせからなる光
学系に関し、更に詳しく述べると、均質平凸レンズの凸
球面が屈折率分布レンズの一方のレンズ面に当接もしく
は僅かな間隔で向き合うように組み合わせることによ
り、ＮＡ（開口数）を大きくできる光学系に関するもの
である。この光学系は、例えば光ディスク等に記録され
た情報の読み取り、書き込み等に用いる光ヘッドの対物
レンズなどに有用である。
【０００２】
【従来の技術】コンパクトディスク装置やＤＶＤ装置な
どの光ディスクシステムでは、記録媒体からの情報の読
み取り、あるいは記録媒体に対する情報の書き込みのた
めに、レーザ光を対物レンズで集光して記録面に照射す
る光ヘッドが用いられている。ここで媒体の記録密度を
高めるためには、集光スポット径を小さくする必要があ
り、そのためには対物レンズの像側ＮＡ（開口数）が大
きいことが望ましい。また再生やアクセス時間の短縮な
どの観点からは、小形軽量であることも重要である。
どの光ディスクシステムでは、記録媒体からの情報の読
み取り、あるいは記録媒体に対する情報の書き込みのた
めに、レーザ光を対物レンズで集光して記録面に照射す
る光ヘッドが用いられている。ここで媒体の記録密度を
高めるためには、集光スポット径を小さくする必要があ
り、そのためには対物レンズの像側ＮＡ（開口数）が大
きいことが望ましい。また再生やアクセス時間の短縮な
どの観点からは、小形軽量であることも重要である。
【０００３】そこで従来、コンパクトディスク用対物レ
ンズとしてはＮＡ≒０．４５のプラスチック非球面レン
ズが、またＤＶＤ用対物レンズとしてはＮＡ≒０．６０
のガラスモールド非球面レンズが、それぞれ用いられて
いる。
ンズとしてはＮＡ≒０．４５のプラスチック非球面レン
ズが、またＤＶＤ用対物レンズとしてはＮＡ≒０．６０
のガラスモールド非球面レンズが、それぞれ用いられて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光ディスクなどを用い
る記録装置のより一層の小形化を図るためには、対物レ
ンズ自体を更に小形化する必要がある。しかし非球面レ
ンズは、金型によるプレス加工によって製造する関係
上、外径１mmφ以下の微小レンズを製造することは極め
て困難である（微小光学ハンドブック，ｐ．６，日本光
学会編，１９９５参照）。
る記録装置のより一層の小形化を図るためには、対物レ
ンズ自体を更に小形化する必要がある。しかし非球面レ
ンズは、金型によるプレス加工によって製造する関係
上、外径１mmφ以下の微小レンズを製造することは極め
て困難である（微小光学ハンドブック，ｐ．６，日本光
学会編，１９９５参照）。
【０００５】ところで、外径１mmφ以下の結像光学系と
しては、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズが
ある。この種のロッドレンズにおける半径方向の屈折率
分布は、例えば ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4＋ｈ6 （ｇ・ｒ）6 ＋ｈ8 （ｇ・ｒ）8 ＋・・
・｝ の式で表される。 但し、ｒ：光軸からの距離 ｎ（ｒ）：光軸からの距離ｒの位置での屈折率 ｎ0 ：光軸上での屈折率 ｒ0 ：屈折率分布レンズ半径 ｇ：屈折率分布係数 ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ・・・：屈折率分布係数 である。
しては、半径方向に屈折率分布を有するロッドレンズが
ある。この種のロッドレンズにおける半径方向の屈折率
分布は、例えば ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4＋ｈ6 （ｇ・ｒ）6 ＋ｈ8 （ｇ・ｒ）8 ＋・・
・｝ の式で表される。 但し、ｒ：光軸からの距離 ｎ（ｒ）：光軸からの距離ｒの位置での屈折率 ｎ0 ：光軸上での屈折率 ｒ0 ：屈折率分布レンズ半径 ｇ：屈折率分布係数 ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ・・・：屈折率分布係数 である。
【０００６】このような屈折率分布レンズは、例えばロ
ッド状ガラスのイオン交換法などによって製作されるも
のであり、外径１mmφ以下の小径品でも低コストで作製
できる特徴がある。また材料自体が正の屈折力を有する
ので、両レンズ面とも平面である単純なロッドレンズ形
状であっても対物レンズとして使用できる。屈折率分布
レンズの屈折力は、ｎ0 ・ｇ・ｒ0 によって表され、そ
の値が大きくなればＮＡの高い対物レンズが得られる。
しかしイオン交換法などにより形成できる屈折率差には
限界があるため、通常のイオン交換法により実現可能な
範囲は、現在、 ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．７０ 程度である。
ッド状ガラスのイオン交換法などによって製作されるも
のであり、外径１mmφ以下の小径品でも低コストで作製
できる特徴がある。また材料自体が正の屈折力を有する
ので、両レンズ面とも平面である単純なロッドレンズ形
状であっても対物レンズとして使用できる。屈折率分布
レンズの屈折力は、ｎ0 ・ｇ・ｒ0 によって表され、そ
の値が大きくなればＮＡの高い対物レンズが得られる。
しかしイオン交換法などにより形成できる屈折率差には
限界があるため、通常のイオン交換法により実現可能な
範囲は、現在、 ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．７０ 程度である。
【０００７】後述する比較例１は、ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ＝
０．６８の屈折率分布レンズのみによるものであり、像
側ＮＡ＝０．６２４が得られている。また後述する比較
例２のように、ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ＝０．６８の屈折率分布
レンズの一方のレンズ面を球面加工すると、像側ＮＡは
０．６８０に達する。
０．６８の屈折率分布レンズのみによるものであり、像
側ＮＡ＝０．６２４が得られている。また後述する比較
例２のように、ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ＝０．６８の屈折率分布
レンズの一方のレンズ面を球面加工すると、像側ＮＡは
０．６８０に達する。
【０００８】しかし、記録密度をより高めるためには、
ＮＡが更に大きい対物レンズ光学系の開発が望まれてい
る。一般にＮＡが大きなレンズは収差が出やすいため、
低収差化できる工夫も必要である。また同時に装置の小
形化並びにアクセス速度の向上を図るためには、小形化
軽量化も図らねばならない。
ＮＡが更に大きい対物レンズ光学系の開発が望まれてい
る。一般にＮＡが大きなレンズは収差が出やすいため、
低収差化できる工夫も必要である。また同時に装置の小
形化並びにアクセス速度の向上を図るためには、小形化
軽量化も図らねばならない。
【０００９】本発明の目的は、収差が増大することなく
ＮＡを大きくでき、且つ小形化できる対物レンズ光学系
を提供することである。
ＮＡを大きくでき、且つ小形化できる対物レンズ光学系
を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、半径方向に屈
折率分布を有する単一の屈折率分布レンズと均一な屈折
率を有する単一の均質平凸レンズとの組み合わせからな
り、(1) 屈折率分布レンズは、そのレンズ面が平面もし
くは凸球面であって、その屈折率分布を ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4＋ｈ6 （ｇ・ｒ）6 ＋ｈ8 （ｇ・ｒ）8 ＋・・
・｝ で表したとき、 １．４５≦ｎ0 ≦１．８０ ０．４５≦ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．９０ 但し、ｒ：光軸からの距離 ｎ（ｒ）：光軸からの距離ｒの位置での屈折率 ｎ0 ：光軸上での屈折率 ｒ0 ：屈折率分布レンズ半径 ｇ：屈折率分布係数 ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ・・・：屈折率分布係数 (2) 均質平凸レンズは、その凸面が球面であって、屈折
率分布レンズに対向し、その光軸が屈折率分布レンズの
光軸と一直線となるように配置され、 １．４０≦ｎ≦２．２０ ０．３ｒ0 ≦Ｒ≦２．０ｒ0 但し、ｎ：均質平凸レンズの屈折率 Ｒ：均質平凸レンズの凸面の曲率半径 の各条件を満たす屈折率分布レンズを用いた光学系であ
る。
折率分布を有する単一の屈折率分布レンズと均一な屈折
率を有する単一の均質平凸レンズとの組み合わせからな
り、(1) 屈折率分布レンズは、そのレンズ面が平面もし
くは凸球面であって、その屈折率分布を ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4＋ｈ6 （ｇ・ｒ）6 ＋ｈ8 （ｇ・ｒ）8 ＋・・
・｝ で表したとき、 １．４５≦ｎ0 ≦１．８０ ０．４５≦ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．９０ 但し、ｒ：光軸からの距離 ｎ（ｒ）：光軸からの距離ｒの位置での屈折率 ｎ0 ：光軸上での屈折率 ｒ0 ：屈折率分布レンズ半径 ｇ：屈折率分布係数 ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ・・・：屈折率分布係数 (2) 均質平凸レンズは、その凸面が球面であって、屈折
率分布レンズに対向し、その光軸が屈折率分布レンズの
光軸と一直線となるように配置され、 １．４０≦ｎ≦２．２０ ０．３ｒ0 ≦Ｒ≦２．０ｒ0 但し、ｎ：均質平凸レンズの屈折率 Ｒ：均質平凸レンズの凸面の曲率半径 の各条件を満たす屈折率分布レンズを用いた光学系であ
る。
【００１１】本明細書において「屈折率分布レンズ半径
ｒ0 」とは、レンズとして有効に作用する部分の半径を
意味している。この「有効なレンズ径」は、例えば「光
軸上のＲＭＳ波面収差量が０．０７λ以下となる範囲」
として定義できる。屈折率分布レンズ半径ｒ0 は屈折率
分布レンズの屈折力に影響するので、設計上の基準とな
る数値である。ところが実際に製作した屈折率分布レン
ズでは、レンズ周辺の屈折率分布が設計値から大きくは
ずれ、レンズとしての作用をなさないことが多い。例え
ば実際の外径寸法が１mmφのレンズであっても、実際に
有効なレンズ径は０．８mmφであったりする。この場
合、ｒ0 は０．４mmとなる。
ｒ0 」とは、レンズとして有効に作用する部分の半径を
意味している。この「有効なレンズ径」は、例えば「光
軸上のＲＭＳ波面収差量が０．０７λ以下となる範囲」
として定義できる。屈折率分布レンズ半径ｒ0 は屈折率
分布レンズの屈折力に影響するので、設計上の基準とな
る数値である。ところが実際に製作した屈折率分布レン
ズでは、レンズ周辺の屈折率分布が設計値から大きくは
ずれ、レンズとしての作用をなさないことが多い。例え
ば実際の外径寸法が１mmφのレンズであっても、実際に
有効なレンズ径は０．８mmφであったりする。この場
合、ｒ0 は０．４mmとなる。
【００１２】屈折率分布レンズのレンズ面と均質平凸レ
ンズの凸面は、当接させることが組立上望ましいが、僅
かな間隔が存在していてもよい。僅かに離れていても光
学性能は変わらないからである。この光学系は、典型的
には、屈折率分布レンズを物体側に配置し、均質平凸レ
ンズの平面が像側となるように配置することで、対物レ
ンズとして用いられる。逆に、均質平凸レンズの平面が
物体側となるように配置し、屈折率分布レンズを像側に
配置することで、集光レンズもしくはコリメータとして
用いることもできる。
ンズの凸面は、当接させることが組立上望ましいが、僅
かな間隔が存在していてもよい。僅かに離れていても光
学性能は変わらないからである。この光学系は、典型的
には、屈折率分布レンズを物体側に配置し、均質平凸レ
ンズの平面が像側となるように配置することで、対物レ
ンズとして用いられる。逆に、均質平凸レンズの平面が
物体側となるように配置し、屈折率分布レンズを像側に
配置することで、集光レンズもしくはコリメータとして
用いることもできる。
【００１３】本発明で用いる屈折率分布レンズとして、
光軸上の屈折率ｎ0 を、１．４５≦ｎ0 ≦１．８０とし
たのは、実際にイオン交換法などによる作製できる範囲
を規定したものである。屈折力に対応するｎ0 ・ｇ・ｒ
0 を、０．４５≦ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．９０としたの
は、０．４５未満ではＮＡを大きくできず、逆に０．９
０を超えるものはイオン交換法などにより形成できる屈
折率差の限度を超えており、将来におけるガラス組成改
良などを考慮しても製造が極めて困難なためである。但
し、現在の通常のイオン交換技術によって容易に実施で
きるのは、ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．７０程度である。
光軸上の屈折率ｎ0 を、１．４５≦ｎ0 ≦１．８０とし
たのは、実際にイオン交換法などによる作製できる範囲
を規定したものである。屈折力に対応するｎ0 ・ｇ・ｒ
0 を、０．４５≦ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．９０としたの
は、０．４５未満ではＮＡを大きくできず、逆に０．９
０を超えるものはイオン交換法などにより形成できる屈
折率差の限度を超えており、将来におけるガラス組成改
良などを考慮しても製造が極めて困難なためである。但
し、現在の通常のイオン交換技術によって容易に実施で
きるのは、ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．７０程度である。
【００１４】屈折率分布レンズの半径ｒ0 は、０．０５
mm≦ｒ0 ≦０．５mmであることが望ましい。従来技術よ
りも光学系全体を小形化するためにはｒ0 は０．５mm以
下とする必要があるし、ｒ0 が０．０５mmよりも小さい
屈折率分布レンズの製作は極めて困難となるからであ
る。小形軽量化の観点から、より好ましくは０．０５mm
≦ｒ0 ≦０．３mmとすることである。
mm≦ｒ0 ≦０．５mmであることが望ましい。従来技術よ
りも光学系全体を小形化するためにはｒ0 は０．５mm以
下とする必要があるし、ｒ0 が０．０５mmよりも小さい
屈折率分布レンズの製作は極めて困難となるからであ
る。小形軽量化の観点から、より好ましくは０．０５mm
≦ｒ0 ≦０．３mmとすることである。
【００１５】本発明においては、屈折率分布係数ｈ4 ，
ｈ6 ，ｈ8 ・・・によって光学系全体の球面収差を補正
している。簡略化のためにｈ6 以上の高次の項を０とお
き屈折率分布レンズの屈折率分布を ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4 ｝ で近似した時には、ｈ4 の値は、−３≦ｈ4 ≦３とする
ことが望ましい。ｈ4 が−３未満あるいは３を超える屈
折率分布レンズは製作が著しく困難になるからである。
ｈ6 ，ｈ8 ・・・によって光学系全体の球面収差を補正
している。簡略化のためにｈ6 以上の高次の項を０とお
き屈折率分布レンズの屈折率分布を ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4 ｝ で近似した時には、ｈ4 の値は、−３≦ｈ4 ≦３とする
ことが望ましい。ｈ4 が−３未満あるいは３を超える屈
折率分布レンズは製作が著しく困難になるからである。
【００１６】次に、本発明で用いる均質平凸レンズの屈
折率ｎを、１．４０≦ｎ≦２．２０としたのは、レンズ
材料として光学ガラスやプラスチックの他、特殊なガラ
スや屈折率の大きな結晶なども使用可能なためである。
レンズ材料として比較的安価な光学ガラスあるいはプラ
スチックを用いる場合を考慮すると、均質平凸レンズの
屈折率ｎは、ｎ≦１．９０程度となる。更に均質平凸レ
ンズの凸球面の曲率半径Ｒを、０．３ｒ0 ≦Ｒ≦２．０
ｒ0 としたのは、Ｒが小さ過ぎると屈折率分布レンズと
一体化した組み立てが困難になるし、逆に大き過ぎると
ＮＡ増大の効果が小さくなるからである。
折率ｎを、１．４０≦ｎ≦２．２０としたのは、レンズ
材料として光学ガラスやプラスチックの他、特殊なガラ
スや屈折率の大きな結晶なども使用可能なためである。
レンズ材料として比較的安価な光学ガラスあるいはプラ
スチックを用いる場合を考慮すると、均質平凸レンズの
屈折率ｎは、ｎ≦１．９０程度となる。更に均質平凸レ
ンズの凸球面の曲率半径Ｒを、０．３ｒ0 ≦Ｒ≦２．０
ｒ0 としたのは、Ｒが小さ過ぎると屈折率分布レンズと
一体化した組み立てが困難になるし、逆に大き過ぎると
ＮＡ増大の効果が小さくなるからである。
【００１７】この均質平凸レンズの半径は、それと組み
合わせる屈折率分布レンズの半径と同等、もしくはそれ
以下とすることが望ましい。即ち、光学系の小形化の観
点から０．５mm以下とすることが望ましい。微小径の平
凸レンズは、量産可能なボールレンズの一部を研削、研
磨することによって、半球に近いものでも低コストで容
易に製造することができる。
合わせる屈折率分布レンズの半径と同等、もしくはそれ
以下とすることが望ましい。即ち、光学系の小形化の観
点から０．５mm以下とすることが望ましい。微小径の平
凸レンズは、量産可能なボールレンズの一部を研削、研
磨することによって、半球に近いものでも低コストで容
易に製造することができる。
【００１８】本発明では、屈折率分布レンズに均質平凸
レンズを組み合わせることによってＮＡをより大きくし
ている。また均質平凸レンズの凸球面を屈折率分布レン
ズ側に、平面を像面側に向けることによって、いわゆる
「アプラナチックレンズ」に近い形状となるために、球
面収差が増加することもない。
レンズを組み合わせることによってＮＡをより大きくし
ている。また均質平凸レンズの凸球面を屈折率分布レン
ズ側に、平面を像面側に向けることによって、いわゆる
「アプラナチックレンズ」に近い形状となるために、球
面収差が増加することもない。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明で用いる屈折率分布レンズ
は、両レンズ面が共に平面である形状でもよいし、いず
れか一方のレンズ面が平面で他方のレンズ面が凸球面で
ある形状、あるいは両レンズ面が共に凸球面である形状
でもよい。少なくとも一方のレンズ面を球面加工するこ
とで、屈折力が増し、ＮＡを大きくできる。
は、両レンズ面が共に平面である形状でもよいし、いず
れか一方のレンズ面が平面で他方のレンズ面が凸球面で
ある形状、あるいは両レンズ面が共に凸球面である形状
でもよい。少なくとも一方のレンズ面を球面加工するこ
とで、屈折力が増し、ＮＡを大きくできる。
【００２０】典型的な実施の形態においては、屈折率分
布レンズの一方のレンズ面と均質平凸レンズの凸面とが
向き合い、屈折率分布レンズの他方のレンズ面が光源に
対向し、均質平凸レンズの平面が記録媒体に対向する向
きとなるように光ヘッドに組み込む。
布レンズの一方のレンズ面と均質平凸レンズの凸面とが
向き合い、屈折率分布レンズの他方のレンズ面が光源に
対向し、均質平凸レンズの平面が記録媒体に対向する向
きとなるように光ヘッドに組み込む。
【００２１】ここでは光源としてレーザなどの単色光を
前提としている。光源の波長λは、０．３μｍ〜２．０
μｍの範囲内であることが望ましい。波長λが０．３μ
ｍ未満であると屈折率分布レンズの透過率が非常に悪く
なるし、波長λが２．０μｍを超えると焦点のスポット
径が大きくなり記録密度が減少するためである。
前提としている。光源の波長λは、０．３μｍ〜２．０
μｍの範囲内であることが望ましい。波長λが０．３μ
ｍ未満であると屈折率分布レンズの透過率が非常に悪く
なるし、波長λが２．０μｍを超えると焦点のスポット
径が大きくなり記録密度が減少するためである。
【００２２】本発明では、一般的な光ディスクシステム
（コンパクトディスク装置やＤＶＤ装置など）では、光
学系の像側焦点位置を記録媒体側の空間に設ける。しか
し、焦点位置を均質平凸レンズの平面に一致させること
もできる。その場合、焦点の開口数ＮＡは、 ＮＡ＝ｎ・ sinθ 但し、θ：集光す光線の広がり角度 ｎ：均質平凸レンズの屈折率 で表されるので、θが同じであれば空気中（ｎ＝１）よ
りもＮＡが大きくなり、結果として、より小さいスポッ
トを得ることができる。
（コンパクトディスク装置やＤＶＤ装置など）では、光
学系の像側焦点位置を記録媒体側の空間に設ける。しか
し、焦点位置を均質平凸レンズの平面に一致させること
もできる。その場合、焦点の開口数ＮＡは、 ＮＡ＝ｎ・ sinθ 但し、θ：集光す光線の広がり角度 ｎ：均質平凸レンズの屈折率 で表されるので、θが同じであれば空気中（ｎ＝１）よ
りもＮＡが大きくなり、結果として、より小さいスポッ
トを得ることができる。
【００２３】このように、光磁気ディスク等の記録膜を
焦点位置の極く近傍（光源波長の１／４以下の近接場領
域）に設置することで、上記スポット径のまま浸み出し
た光を利用して、より高密度で記録することができる。
これは一般に「近接場記録」と呼ばれる技術であり、本
発明の光学系はこのような記録技術に適用できる。特に
このような近接場記録においては、屈折率は大きいほど
好ましい。通常の光学ガラスの屈折率の上限である約
１．９を上回る屈折率を有する材料（結晶、ガラスな
ど）を均質平凸レンズの材料を用いると、ＮＡが更に大
きくなるので望ましい。
焦点位置の極く近傍（光源波長の１／４以下の近接場領
域）に設置することで、上記スポット径のまま浸み出し
た光を利用して、より高密度で記録することができる。
これは一般に「近接場記録」と呼ばれる技術であり、本
発明の光学系はこのような記録技術に適用できる。特に
このような近接場記録においては、屈折率は大きいほど
好ましい。通常の光学ガラスの屈折率の上限である約
１．９を上回る屈折率を有する材料（結晶、ガラスな
ど）を均質平凸レンズの材料を用いると、ＮＡが更に大
きくなるので望ましい。
【００２４】
【実施例】具体的な設計例を表１〜表３に示す。また比
較例を表４に示す。各設計値は、屈折率分布レンズの半
径を１に規格化して表している。実際の屈折率分布レン
ズの半径ｒ0 は、０．０５mm〜０．５mmの範囲であり、
例えばレンズ半径が０．２mmの場合であれば、表１〜表
４において、 物体（光源）と屈折率分布レンズの距離 開口絞り半径 屈折率分布レンズ半径 屈折率分布レンズ物体側曲率半径 屈折率分布レンズの厚さ 屈折率分布レンズ像側曲率半径 レンズの間隔 均質平凸レンズ曲率半径 均質平凸レンズ厚さ 均質平凸レンズと像面（光ディスクの記録面）の距離 焦点距離 の各数値を０．２倍（単位はmm）とし、 屈折率分布係数ｇ の数値を（１／０．２）倍（単位はmm-1）とすれば、実
際のレンズの設計値が得られる。また、 光軸上での屈折率ｎ0 ｎ0 ・ｇ・ｒ0 屈折率分布係数ｈ4 ，ｈ6 均質平凸レンズの屈折率 像側ＮＡ の各数値は無次元数なので変化しない。
較例を表４に示す。各設計値は、屈折率分布レンズの半
径を１に規格化して表している。実際の屈折率分布レン
ズの半径ｒ0 は、０．０５mm〜０．５mmの範囲であり、
例えばレンズ半径が０．２mmの場合であれば、表１〜表
４において、 物体（光源）と屈折率分布レンズの距離 開口絞り半径 屈折率分布レンズ半径 屈折率分布レンズ物体側曲率半径 屈折率分布レンズの厚さ 屈折率分布レンズ像側曲率半径 レンズの間隔 均質平凸レンズ曲率半径 均質平凸レンズ厚さ 均質平凸レンズと像面（光ディスクの記録面）の距離 焦点距離 の各数値を０．２倍（単位はmm）とし、 屈折率分布係数ｇ の数値を（１／０．２）倍（単位はmm-1）とすれば、実
際のレンズの設計値が得られる。また、 光軸上での屈折率ｎ0 ｎ0 ・ｇ・ｒ0 屈折率分布係数ｈ4 ，ｈ6 均質平凸レンズの屈折率 像側ＮＡ の各数値は無次元数なので変化しない。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【表３】
【００２８】
【表４】
【００２９】図１〜図１５はそれぞれ実施例１〜実施例
１５に対応しており、図２９及び図３０はそれぞれ比較
例１と比較例２に対応している。各図において、Ａはレ
ンズ構成を表し、Ｂは軸上収差を表している。なおＡの
レンズ構成図において、符号１は屈折率分布レンズを、
符号２は均質平凸レンズを、符号３は開口絞りをそれぞ
れ示している。またＢの収差図におけるＤＹ、ＤＸはそ
れぞれメリジオナル、サジタル方向における横収差量で
あり（屈折率分布レンズ半径を１とする）、ＦＸ、ＦＹ
は絞り位置における入射光と光軸の距離を表し、横軸の
終端が絞りの半径を意味している。
１５に対応しており、図２９及び図３０はそれぞれ比較
例１と比較例２に対応している。各図において、Ａはレ
ンズ構成を表し、Ｂは軸上収差を表している。なおＡの
レンズ構成図において、符号１は屈折率分布レンズを、
符号２は均質平凸レンズを、符号３は開口絞りをそれぞ
れ示している。またＢの収差図におけるＤＹ、ＤＸはそ
れぞれメリジオナル、サジタル方向における横収差量で
あり（屈折率分布レンズ半径を１とする）、ＦＸ、ＦＹ
は絞り位置における入射光と光軸の距離を表し、横軸の
終端が絞りの半径を意味している。
【００３０】表１〜表４から、屈折率分布レンズ単独の
場合（比較例１及び比較例２）は像側ＮＡが０．６２４
あるいは０．６８０であるが、本発明の構成とすると、
像側ＮＡをほぼ０．７以上の高い値にできることが分か
る。特に、例えば実施例４又は５のようなレンズ構成と
すると、屈折率分布レンズの両レンズ面が平面という最
も単純な形状であるにもかかわらず、像側ＮＡが０．８
３以上の極めて良好な結果が得られる。なお実施列１５
では、屈折率分布係数ｈ6 を＋４．１４としている。
場合（比較例１及び比較例２）は像側ＮＡが０．６２４
あるいは０．６８０であるが、本発明の構成とすると、
像側ＮＡをほぼ０．７以上の高い値にできることが分か
る。特に、例えば実施例４又は５のようなレンズ構成と
すると、屈折率分布レンズの両レンズ面が平面という最
も単純な形状であるにもかかわらず、像側ＮＡが０．８
３以上の極めて良好な結果が得られる。なお実施列１５
では、屈折率分布係数ｈ6 を＋４．１４としている。
【００３１】表５〜表７は、像側焦点位置を均質平凸レ
ンズの平面に一致させ、近接場記録に適した設計とした
例である。ここでも各設計値は、前記実施例の場合と同
様、屈折率分布レンズの半径を１に規格化して表してい
る。実際の屈折率分布レンズの半径ｒ0 は、０．０５mm
〜０．５mmの範囲であり、前記実施例１〜１５と同様の
算出方法で実際のレンズの設計値が得られる。
ンズの平面に一致させ、近接場記録に適した設計とした
例である。ここでも各設計値は、前記実施例の場合と同
様、屈折率分布レンズの半径を１に規格化して表してい
る。実際の屈折率分布レンズの半径ｒ0 は、０．０５mm
〜０．５mmの範囲であり、前記実施例１〜１５と同様の
算出方法で実際のレンズの設計値が得られる。
【００３２】
【表５】
【００３３】
【表６】
【００３４】
【表７】
【００３５】図１６〜図２８はそれぞれ実施例１６〜実
施例２８に対応している。各図において、Ａはレンズ構
成を表し、Ｂは軸上収差を表している。なおＡのレンズ
構成図において、符号１は屈折率分布レンズを、符号２
は均質平凸レンズを、符号３は開口絞りをそれぞれ示し
ている。またＢの収差図におけるＤＹ、ＤＸはそれぞれ
メリジオナル、サジタル方向における横収差量であり
（屈折率分布レンズ半径を１とする）、ＦＸ、ＦＹは絞
り位置における入射光と光軸の距離を表し、横軸の終端
が絞りの半径を意味している。
施例２８に対応している。各図において、Ａはレンズ構
成を表し、Ｂは軸上収差を表している。なおＡのレンズ
構成図において、符号１は屈折率分布レンズを、符号２
は均質平凸レンズを、符号３は開口絞りをそれぞれ示し
ている。またＢの収差図におけるＤＹ、ＤＸはそれぞれ
メリジオナル、サジタル方向における横収差量であり
（屈折率分布レンズ半径を１とする）、ＦＸ、ＦＹは絞
り位置における入射光と光軸の距離を表し、横軸の終端
が絞りの半径を意味している。
【００３６】表５〜表７から、本発明の構成とすると、
像側ＮＡをほぼ０．７以上の高い値にできることが分か
る。特に、例えば実施例２７又は２８のようなレンズ構
成とすると、屈折率分布レンズの両レンズ面が平面とい
う最も単純な形状であるにもかかわらず、像側ＮＡが
１．４８以上の極めて良好な結果が得られる。なお実施
列２６では、屈折率分布係数ｈ6 を−０．１７２４、実
施列２８では、屈折率分布係数ｈ6 を−０．０７６とし
ている。
像側ＮＡをほぼ０．７以上の高い値にできることが分か
る。特に、例えば実施例２７又は２８のようなレンズ構
成とすると、屈折率分布レンズの両レンズ面が平面とい
う最も単純な形状であるにもかかわらず、像側ＮＡが
１．４８以上の極めて良好な結果が得られる。なお実施
列２６では、屈折率分布係数ｈ6 を−０．１７２４、実
施列２８では、屈折率分布係数ｈ6 を−０．０７６とし
ている。
【００３７】なお上記の各実施例では全て屈折率分布レ
ンズの物体側に開口絞りを設置しているが、本発明では
光軸近傍の像のみを使用するので、実際の製品における
開口絞りの位置は屈折率分布レンズと均質平凸レンズの
間、あるいは均質平凸レンズの像側でもよい。開口絞り
は、レンズホルダなどに一体的に形成した枠状部分など
でもよい。
ンズの物体側に開口絞りを設置しているが、本発明では
光軸近傍の像のみを使用するので、実際の製品における
開口絞りの位置は屈折率分布レンズと均質平凸レンズの
間、あるいは均質平凸レンズの像側でもよい。開口絞り
は、レンズホルダなどに一体的に形成した枠状部分など
でもよい。
【００３８】本発明に係る対物レンズ光学系を製品化す
るに際しては、屈折率分布レンズと均質平凸レンズと
を、両者の光軸を一致させた状態で一体化する必要があ
る。組立工程の例を図３１のＡ及びＢに示す。ここでは
円筒状のレンズホルダ１０を用いている。レンズホルダ
１０は、屈折率分布レンズ１２が丁度嵌入可能な内径を
有すると共に、内周面に開口絞りを兼ねる円環状のスト
ッパ１０ａを一体的に突設した構造である。ここで円環
状のストッパ１０ａは、上面が平面で、下面が傾斜面と
なっており、屈折率分布レンズ１２の端面形状及び均質
平凸レンズ１４の凸球面に対応させている。
るに際しては、屈折率分布レンズと均質平凸レンズと
を、両者の光軸を一致させた状態で一体化する必要があ
る。組立工程の例を図３１のＡ及びＢに示す。ここでは
円筒状のレンズホルダ１０を用いている。レンズホルダ
１０は、屈折率分布レンズ１２が丁度嵌入可能な内径を
有すると共に、内周面に開口絞りを兼ねる円環状のスト
ッパ１０ａを一体的に突設した構造である。ここで円環
状のストッパ１０ａは、上面が平面で、下面が傾斜面と
なっており、屈折率分布レンズ１２の端面形状及び均質
平凸レンズ１４の凸球面に対応させている。
【００３９】組み立てにはカップ状の組立治具１６を用
いる。この組立治具１６の内径は丁度レンズホルダ１０
が嵌入する寸法であり、内底面は水平面であってそれが
基準面となっている。組立治具１６は、紫外線透過率の
良好な石英ガラスなどで作製されている。組立治具１６
の内底面中央に、均質平凸レンズ１４の平面が密接する
ように設置する。レンズホルダ１０のストッパ１０ａの
上面と下面にそれぞれ紫外線硬化樹脂１８を塗布してお
き、該レンズホルダ１０を組立治具１６内に嵌入してス
トッパ１０ａの下面で均質平凸レンズ１４の凸球面を押
さえ付ける。そしてレンズホルダ１０内に屈折率分布レ
ンズ１２を挿入して下端面をストッパ１０ａに押し付け
る。この状態で、均質平凸レンズ１４の傾きを修正しつ
つ、上下両方から紫外線を照射して樹脂を硬化させる
（図３１のＢ参照）。硬化処理後、組立治具１６から抜
き取る。これによって、図３２に示すような一体化され
た対物レンズ光学系２０が得られる。
いる。この組立治具１６の内径は丁度レンズホルダ１０
が嵌入する寸法であり、内底面は水平面であってそれが
基準面となっている。組立治具１６は、紫外線透過率の
良好な石英ガラスなどで作製されている。組立治具１６
の内底面中央に、均質平凸レンズ１４の平面が密接する
ように設置する。レンズホルダ１０のストッパ１０ａの
上面と下面にそれぞれ紫外線硬化樹脂１８を塗布してお
き、該レンズホルダ１０を組立治具１６内に嵌入してス
トッパ１０ａの下面で均質平凸レンズ１４の凸球面を押
さえ付ける。そしてレンズホルダ１０内に屈折率分布レ
ンズ１２を挿入して下端面をストッパ１０ａに押し付け
る。この状態で、均質平凸レンズ１４の傾きを修正しつ
つ、上下両方から紫外線を照射して樹脂を硬化させる
（図３１のＢ参照）。硬化処理後、組立治具１６から抜
き取る。これによって、図３２に示すような一体化され
た対物レンズ光学系２０が得られる。
【００４０】
【発明の効果】本発明は上記のように屈折率分布レンズ
と均質平凸レンズとを、該均質平凸レンズの凸球面が屈
折率分布レンズを向くように組み合わせた光学系である
から、対物レンズとして用いると、収差が増大すること
なくＮＡを大きくでき、且つ小径化小形化できるため光
記録媒体の高記録密度化に対応でき、しかも低コストで
製造できる。
と均質平凸レンズとを、該均質平凸レンズの凸球面が屈
折率分布レンズを向くように組み合わせた光学系である
から、対物レンズとして用いると、収差が増大すること
なくＮＡを大きくでき、且つ小径化小形化できるため光
記録媒体の高記録密度化に対応でき、しかも低コストで
製造できる。
【図１】実施例１のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図２】実施例２のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図３】実施例３のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図４】実施例４のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図５】実施例５のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図６】実施例６のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図７】実施例７のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図８】実施例８のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図９】実施例９のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図１０】実施例１０のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図１１】実施例１１のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図１２】実施例１２のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図１３】実施例１３のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図１４】実施例１４のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図１５】実施例１５のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図１６】実施例１６のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図１７】実施例１７のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図１８】実施例１８のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図１９】実施例１９のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２０】実施例２０のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２１】実施例２１のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２２】実施例２２のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２３】実施例２３のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２４】実施例２４のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２５】実施例２５のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２６】実施例２６のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２７】実施例２７のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２８】実施例２８のレンズ構成と軸上収差の説明
図。
図。
【図２９】比較例１のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図３０】比較例２のレンズ構成と軸上収差の説明図。
【図３１】本発明に係る対物レンズ光学系の組立状態の
一例を示す説明図。
一例を示す説明図。
【図３２】それによる対物レンズ光学系の組立断面図。
１ 屈折率分布レンズ ２ 均質平凸レンズ ３ 開口絞り
Claims (5)
- 【請求項１】 半径方向に屈折率分布を有する単一の屈
折率分布レンズと均一な屈折率を有する単一の均質平凸
レンズとの組み合わせからなり、(1) 屈折率分布レンズ
は、そのレンズ面が平面もしくは凸球面であって、その
屈折率分布を ｎ（ｒ）2 ＝ｎ0 2 ・｛１−（ｇ・ｒ）2 ＋ｈ4 （ｇ・
ｒ）4＋ｈ6 （ｇ・ｒ）6 ＋ｈ8 （ｇ・ｒ）8 ＋・・
・｝ で表したとき、 １．４５≦ｎ0 ≦１．８０ ０．４５≦ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．９０ 但し、ｒ：光軸からの距離 ｎ（ｒ）：光軸からの距離ｒの位置での屈折率 ｎ0 ：光軸上での屈折率 ｒ0 ：屈折率分布レンズ半径 ｇ：屈折率分布係数 ｈ4 ，ｈ6 ，ｈ8 ・・・：屈折率分布係数 (2) 均質平凸レンズは、その凸面が球面であって、屈折
率分布レンズに対向し、その光軸が屈折率分布レンズの
光軸と一直線となるように配置され、 １．４０≦ｎ≦２．２０ ０．３ｒ0 ≦Ｒ≦２．０ｒ0 但し、ｎ：均質平凸レンズの屈折率 Ｒ：均質平凸レンズの凸面の曲率半径 の各条件を満たしている屈折率分布レンズを用いた光学
系。 - 【請求項２】 屈折率分布レンズは、 ０．４５≦ｎ0 ・ｇ・ｒ0 ≦０．７０ であり、且つ均質平凸レンズは、 １．４０≦ｎ≦１．９０ である請求項１記載の対物レンズ光学系。
- 【請求項３】 屈折率分布レンズの一方のレンズ面と均
質平凸レンズの凸面が向き合い、屈折率分布レンズの他
方のレンズ面が光源に対向し、均質平凸レンズの平面が
記録媒体に対向する向きで光ヘッドに組み込まれる請求
項１又は２記載の対物レンズ光学系。 - 【請求項４】 像側焦点位置が、記録媒体側の空間に位
置している請求項３記載の対物レンズ光学系。 - 【請求項５】 像側焦点位置が、均質平凸レンズの平面
にほぼ一致している請求項３記載の対物レンズ光学系。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10203244A JPH11149038A (ja) | 1997-09-12 | 1998-07-17 | 屈折率分布レンズを用いた光学系 |
| US09/146,667 US5949585A (en) | 1997-09-12 | 1998-09-03 | Optics using graded-index lens |
| TW087114748A TW396287B (en) | 1997-09-12 | 1998-09-05 | Optics using graded-index lens |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26815097 | 1997-09-12 | ||
| JP9-268150 | 1997-09-12 | ||
| JP10203244A JPH11149038A (ja) | 1997-09-12 | 1998-07-17 | 屈折率分布レンズを用いた光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11149038A true JPH11149038A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=26513818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10203244A Pending JPH11149038A (ja) | 1997-09-12 | 1998-07-17 | 屈折率分布レンズを用いた光学系 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5949585A (ja) |
| JP (1) | JPH11149038A (ja) |
| TW (1) | TW396287B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1039315A3 (en) * | 1999-03-19 | 2001-02-28 | Nippon Sheet Glass Co. Ltd. | Optics using a gradient index lens |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000147392A (ja) * | 1998-11-18 | 2000-05-26 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 内視鏡用対物レンズ |
| JP2002243586A (ja) * | 2001-02-09 | 2002-08-28 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | ロッドレンズの屈折率分布測定方法 |
| CN1228655C (zh) * | 2001-04-03 | 2005-11-23 | 株式会社藤仓 | 平行光管透镜、纤维平行光管以及光学部件 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02285312A (ja) * | 1989-04-27 | 1990-11-22 | Olympus Optical Co Ltd | 光学系 |
-
1998
- 1998-07-17 JP JP10203244A patent/JPH11149038A/ja active Pending
- 1998-09-03 US US09/146,667 patent/US5949585A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-09-05 TW TW087114748A patent/TW396287B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1039315A3 (en) * | 1999-03-19 | 2001-02-28 | Nippon Sheet Glass Co. Ltd. | Optics using a gradient index lens |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5949585A (en) | 1999-09-07 |
| TW396287B (en) | 2000-07-01 |
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